CN103160706B - 含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法 - Google Patents

含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103160706B
CN103160706B CN201110419772.5A CN201110419772A CN103160706B CN 103160706 B CN103160706 B CN 103160706B CN 201110419772 A CN201110419772 A CN 201110419772A CN 103160706 B CN103160706 B CN 103160706B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hollow pellet
powder
pellet
norbide
hollow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201110419772.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103160706A (zh
Inventor
李圆圆
朱常桂
代胜平
杨静
乔慧武
尹昌耕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nuclear Power Institute of China
Original Assignee
Nuclear Power Institute of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nuclear Power Institute of China filed Critical Nuclear Power Institute of China
Priority to CN201110419772.5A priority Critical patent/CN103160706B/zh
Publication of CN103160706A publication Critical patent/CN103160706A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103160706B publication Critical patent/CN103160706B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供一种含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法。该方法通过将碳化硼粒径<5μm的粉料与氢化锆-2粉混料、经钢模将混料压制成中空芯块坯体、并对中空芯块坯体进行脱氢烧结及对中空芯块坯体进行机加工，制备出含硼锆合金可燃毒物中空芯块产品。本发明制备方法制备出的含硼锆合金可燃毒物中空芯块，厚度小于2mm，其致密度达到95%以上，开口孔率小于2%，符合含硼锆合金可燃毒物芯块在反应堆中使用的相关技术要求，解决了含超硬材料粉料难于用钢模成型的技术难题，大幅度提高了含超硬颗料坯体的成型精度和原材料的利用率，与用橡胶模成型制备实心碳化硼锆合金可燃毒物芯块相比，原材料氢化锆的用量降低60%以上。

Description

含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法
技术领域
本发明属于核材料制造工艺，具体涉及含硼锆合金可燃毒物芯块的制备方法。
背景技术
目前制备的碳化硼锆合金可燃毒物均为实心芯块，如：1963年4月，BMI-1627中“Effect of high boron burnups on B4C and ZrB2 dispersions in Al2O3 and Zircaloy-2”介绍了以Zr-2粉与碳化硼粉为原料，用热挤压的方法制备碳化硼锆合金可燃毒物实心芯块。又如：《Trans.Jap.Inst.Metals》 第14卷第6期，504－510页的“Hot swage fabrication of Zircaloy-2 rod containing B4C”介绍了用热模锻的方法制备碳化硼锆合金可燃毒物实心芯块制备方法。再如：专利号为98124660.5的中国专利“碳化硼锆合金可燃毒物芯块的制备方法”介绍了用橡胶模半等静压法成型，高真空炉中脱氢烧结制备碳化硼锆合金可燃毒物实心芯块的方法。
碳化硼锆合金可燃毒物实心芯块原材料利用率较低，而且由于可燃毒物吸收中子截面较大，存在较强的自屏效应，这样在反应堆周期末有一定的硼残留，会引起反应堆在周期末反应性不足。如：《原子能科学技术》1998年1月第32卷第1期“几种新型可燃毒物的特性以及在我国的应用前景”中认为，具有WABA(Wet Annular Burnable Absorber)结构的可燃毒物中子吸收性能好，硼残留量低，WABA结构的可燃毒物使用薄壁中空芯块，在相同的工况下硼燃烧更完全，硼残留量少，这样可减少由硼残留而引起的反应性“惩罚”，从而延长燃料在反应堆中的运行时间。
为了减少可燃毒物在反应堆后期的硼残余量，减少反应性“惩罚”，增加燃料燃耗，需制备出含硼锆合金可燃毒物中空芯块，使芯块的致密度，开口孔率等指标达到含硼锆合金在反应堆中使用的相关技术要求。
经检索，含硼锆合金可燃毒物中空芯块制备方法未见报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种符合含硼锆合金可燃毒物相关技术要求的含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法，包括将氢化锆-2粉与碳化硼粉混合的混料工艺、将氢化锆-2与碳化硼混料压制成中空芯块坯体工艺、将该中空芯块坯体脱氢烧结及将中空芯块坯体机加工各工艺，步骤如下：
步骤一  混料工艺：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为0.5~2%，余量为氢化锆-2粉；混料时间为30~120min；
步骤二  钢模压制成型工艺：把混匀的氢化锆-2粉与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成中空芯块坯体；其中将粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为200~600MPa；
步骤三  脱氢烧结工艺：把压制成的中空芯块坯体放入高真空烧结炉中进行脱氢烧结，在真空度低于0.1Pa时升温，在800℃~850℃下保温脱氢，直到烧结炉膛的真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1100℃~1400℃，保温60~240min，保温结束后中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四 芯块加工工艺：将冷却后的中空芯块坯体进行机加工，制成硼含量为0.4~1.6wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品。
其附加特征在于：
所述步骤四中的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品，其外径为10~10.3mm、高度为10~30mm、壁厚为1~1.5mm，致密度为95~97.8%T.D，开口孔率为0.6~2%。
本发明的效果在于：与碳化硼锆合金可燃毒物实心芯块相比，可燃毒物中空芯块可减少反应堆周期后期的硼残余量，增加燃料燃耗。本发明的方法通过减小超硬材料粒径及控制用量，如碳化硼的粒径<5μm、质量分数为0.5~2%，解决了含超硬材料粉料难于用钢模成型的技术难题，大幅度提高了含超硬颗料坯体的成型精度和原材料的利用率，与用橡胶模成型制备实心碳化硼锆合金可燃毒物芯块相比，原材料氢化锆的用量降低60%以上。采用本发明方法制备出的含硼锆合金可燃毒物中空芯块的壁厚小于2mm，其致密度达到95%T.D以上，开口孔率小于2%，符合含硼锆合金在反应堆中使用的相关技术要求。
具体实施方式
本发明的方法是以氢化锆-2粉和碳化硼粉为原料，采用钢模压制成型，在真空烧结炉中脱氢，烧结制备出含硼锆合金可燃毒物中空芯块。
本发明的方法具体步骤如下：
步骤一  混料：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为0.5~2%，，余量为氢化锆-2粉；混料时间为30~120min；
步骤二  钢模压制成型：把混匀的氢化锆-2与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成中空芯块坯体；将粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为200~600MPa；
步骤三  脱氢烧结：把压制成型的氢化锆-2与碳化硼混料中空芯块坯体放入高真空烧结炉中脱氢烧结，在真空度小于0.1Pa时升温，在800℃~850℃下保温脱氢，直到炉膛真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1100℃~1400℃，保温60~240min，保温结束后中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四 芯块加工：对冷却后的中空芯块坯体进行机加工，制成外径为10~10.3mm、高度为10~30mm、厚度为1~1.5mm，硼含量为0.4~1.6wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品；芯块致密度为95~97.8%T.D，开口孔率为0.6~2%。
下面结合实施例对本发明的方法作进一步描述：
实施例1
步骤一  混料：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为0.5%，余量为氢化锆-2粉；混料时间为30min；
步骤二  钢模压制成型：把混匀的氢化锆-2与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成中空芯块坯体，将粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为500MPa；
步骤三  脱氢烧结：把压制成型的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体放入高真空烧结炉中脱氢烧结，在真空度小于0.1Pa时升温，在800℃下保温脱氢，直到炉膛真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1300℃，保温60min，保温结束后中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四  芯块加工：对冷却后的中空芯块坯体进行机加工，制成外径为10mm、高度30mm、壁厚1.5mm、硼含量0.4wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品；芯块的致密度为97.8%T.D，开口孔率为0.6%。
实施例2
步骤一  混料：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为1%，，余量为氢化锆-2粉；混料时间为60min；
步骤二 钢模压制成型：把混匀的氢化锆-2与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成中空芯块坯体，将氢化锆-2与碳化硼混合粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为400MPa；
步骤三  脱氢烧结：把压制成型的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体放入高真空烧结炉中脱氢烧结，在真空度小于0.1Pa时升温，在850℃下保温脱氢，直到炉膛真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1250℃，保温120min，保温结束后中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四  芯块加工：对冷却后的中空芯块坯体进行机加工，制成外径为10mm、高度为30mm、壁厚为1.2mm、硼含量为0.8wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品；中空芯块的致密度为97%T.D，开口孔率为0.9%。
实施例3
步骤一  混料：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为1%，，余量为氢化锆-2粉；混料时间为90min；
步骤二  压制成型：把混匀的氢化锆-2与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成中空芯块坯体，将氢化锆-2与碳化硼粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为200MPa；
步骤三  脱氢烧结：把压制成型的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体放入高真空烧结炉中脱氢烧结，在真空度小于0.1Pa时升温，在850℃下保温，直到炉膛真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1300℃，保温240min，保温结束后中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四  芯块加工：对冷却后的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体进行机加工，制成外径为10.3mm、高度为10mm、壁厚为1.5mm、硼含量为0.8wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品；芯块的致密度为96%T.D，开口孔率为1%。
实施例4
步骤一  混料：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为2%，，余量为氢化锆-2粉；混料时间为120min；
步骤二  压制成型：把混匀的氢化锆-2与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成中空芯块坯体，将氢化锆-2与碳化硼粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为600MPa；
步骤三  脱氢烧结：把压制成型的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体放入高真空烧结炉中脱氢烧结，在真空度小于0.1Pa时升温，在850℃下保温，直到炉膛真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1400℃，保温120min，保温结束后中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四  芯块加工：将冷却后的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体进行机加工，制成外径为10.3mm、高度为20mm、壁厚为1.5mm、硼含量为1.6wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品；芯块的致密度为95%T.D，开口孔率为2%。
实施例5
步骤一  混料：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为0.5%，，余量为氢化锆-2粉；混料时间为30min；
步骤二  压制成型：把混匀的氢化锆-2与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成中空芯块坯体，将氢化锆-2与碳化硼粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为600MPa；
步骤三  脱氢烧结：把压制成型的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体放入高真空烧结炉中脱氢烧结，在真空度小于0.1Pa时升温，在850℃下保温，直到炉膛真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1100℃，保温240min，保温结束后氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四  芯块加工：将冷却后的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体进行机加工，制成外径为10mm、高度为20mm、壁厚为1mm、硼含量为0.4wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品；芯块的致密度为95.5%T.D，开口孔率为1.7%。

Claims (2)

1.一种含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法，包括将氢化锆-2粉与碳化硼粉混合的混料工艺、将氢化锆-2粉与碳化硼混料压制成中空芯块坯体工艺、将该中空芯块坯体脱氢烧结及将中空芯块坯体机加工各工艺，具体步骤如下：
步骤一 混料工艺：将称量好的氢化锆-2粉与碳化硼粉混合，然后将粉料放入混料器中混合；其中碳化硼的粒径<5μm，质量分数为0.5~2%，余量为氢化锆-2粉；混料时间为30~120min；
步骤二  钢模压制成型工艺：把混匀的氢化锆-2与碳化硼粉料装入带芯杆的钢模中压制成氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体；其中将氢化锆-2与碳化硼混合粉料压制成中空芯块坯体的成型压力为200~600MPa；
步骤三  脱氢烧结工艺：把压制成型的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体放入高真空烧结炉中脱氢烧结，在真空度小于0.1Pa时升温，在800℃~850℃下保温脱氢，直到炉膛真空度下降到0.1Pa以下，再升温到1100℃~1400℃，保温60~240min，保温结束后氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体随炉冷却；
步骤四芯块加工工艺：将冷却后的氢化锆-2与碳化硼中空芯块坯体进行机加工，制成硼含量为0.4~1.6wt%的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品。
2.按照权利要求1所述的含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法，其特征在于：所述步骤四中的含硼锆合金可燃毒物中空芯块成品，其外径为10~10.3mm、高度为10~30mm、壁厚为1~1.5mm，致密度为95~97.8%T.D，开口孔率为0.6~2%。
CN201110419772.5A 2011-12-15 2011-12-15 含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法 Active CN103160706B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110419772.5A CN103160706B (zh) 2011-12-15 2011-12-15 含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110419772.5A CN103160706B (zh) 2011-12-15 2011-12-15 含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103160706A CN103160706A (zh) 2013-06-19
CN103160706B true CN103160706B (zh) 2015-04-01

Family

ID=48584237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110419772.5A Active CN103160706B (zh) 2011-12-15 2011-12-15 含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103160706B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104700905B (zh) * 2015-02-17 2017-12-15 上海核工程研究设计院 一种载硼整体型和离散型组合可燃毒物燃料组件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1216851A (zh) * 1998-11-04 1999-05-19 中国核动力研究设计院 碳化硼锆合金可燃毒物芯块的制备方法
JP2001027683A (ja) * 1994-03-18 2001-01-30 Hitachi Ltd 軽水炉用燃料集合体とそれに用いられる部品及び合金並びに製造法
CN1736948A (zh) * 2004-08-17 2006-02-22 牡丹江金钢钻碳化硼有限公司 核废料处理用碳化硼棒的制备方法
CN101508021A (zh) * 2009-02-27 2009-08-19 李宝干 无气孔高密度锆或锆合金粉末冶金异型件制备工艺
CN101798222A (zh) * 2010-03-02 2010-08-11 中国地质大学（北京） 一种Al2O3-Ni-C-B4C复相陶瓷及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001027683A (ja) * 1994-03-18 2001-01-30 Hitachi Ltd 軽水炉用燃料集合体とそれに用いられる部品及び合金並びに製造法
CN1216851A (zh) * 1998-11-04 1999-05-19 中国核动力研究设计院 碳化硼锆合金可燃毒物芯块的制备方法
CN1736948A (zh) * 2004-08-17 2006-02-22 牡丹江金钢钻碳化硼有限公司 核废料处理用碳化硼棒的制备方法
CN101508021A (zh) * 2009-02-27 2009-08-19 李宝干 无气孔高密度锆或锆合金粉末冶金异型件制备工艺
CN101798222A (zh) * 2010-03-02 2010-08-11 中国地质大学（北京） 一种Al2O3-Ni-C-B4C复相陶瓷及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
几种新型可燃毒物的特性以及在我国的应用前景;黄锦华等;《原子能科学技术》;19980120;第32卷(第01期);第90-91页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103160706A (zh) 2013-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103240412B (zh) 一种近终形制备粉末超合金的方法
CN103639408B (zh) 一种以氢化钛铝合金粉末短流程制备钛铝金属间化合物的方法
CN107731318A (zh) 一种单晶二氧化铀核燃料芯块的制备方法
KR101638351B1 (ko) 열전도성 금속을 포함하는 핵연료 소결체의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 핵연료 소결체
CN104446478B (zh) 一种二氧化钍芯块制备方法
CN103122420B (zh) 一种制备多孔镍基ods合金的方法
CN101740150B (zh) 环形uo2燃料芯块的制备方法
CN104529457A (zh) 基于粗颗粒粉体的无压烧结碳化硼陶瓷制备方法
CN108565032A (zh) Uo2-金属燃料芯块及其制造方法
CN110157934A (zh) 一种钨或钼基二氧化铀燃料芯块的制造方法
CN102796929B (zh) 一种核聚变装置用钼合金的制造方法
CN104308155A (zh) 一种粉末微注射成形制造微阵列的方法
CN103160706B (zh) 含硼锆合金可燃毒物中空芯块的制备方法
CN102168200A (zh) 一种高密度铱合金坯及其制备方法
CN103691956B (zh) 环形薄壁Al-NpO2弥散芯块的制备工艺
CN105161144A (zh) 一种核反应堆堆芯中子吸收材料钛酸镝芯块的制备方法
CN106935280A (zh) 一种高热导燃料芯块及其制备方法
CN108461162A (zh) 一种二氧化铀/钼金属陶瓷复合燃料及其制备方法
CN114589305B (zh) 一种快中子反应堆用钼合金的制造方法
RU2522744C2 (ru) Композиционный топливный модельный материал с инертной пористой металлической матрицей и способ его изготовления
CN104195364A (zh) 钛基金属碳化物及其制备方法
CN102776457A (zh) 热模锻技术提高粉末冶金钒铬钛合金综合力学性能的方法
CN113909480B (zh) 一种原位纳米氧化锆粒子弥散增强钨合金的制备方法
US3168601A (en) Process for the production of plutonium oxide-containing nuclear fuel compacts
CN111145926B (zh) 一种热膨胀系数可调且热导率增强型二氧化铀基燃料芯块及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant